LES直流槽道边界层模拟，如何得到正则化速度u+以及正则化坐标y+？

[coolhhh]

@李东岳 我用OpenFOAM-8也算了channel395，用tutorial算例计算，采用 @学流体的小明 提供的MATLAB程序中method2算的$U_{\tau }$：

1. tutorial算例用的WALE模型，0文件夹其实不需设置k和nuTilda，只需要设置p、U和nut。
2. tutorial算例是给定了一个湍流初始场。一开始没注意删掉了，没有初始场到1000s计算不出湍流。初始湍流场的不同对结果是否影响会比较大？
3. 一般认为开始计算的一段时间的湍流还没充分发展，计算平均场是都会剔除。tutorial算例提供的统计是从0时刻就开始统计。不过我尝试从1000s才开始统计，共计算5000s，结果与默认算例结果一致。
   同时还提取了EugeneDeVilliers博士论文图5.5中6万网格的结果，其实跟我们的计算结果一致的，都是有偏差！推测他也是用method2算的。他的论文没有给出参考线，导致看起来结果很好。 图中Spalding曲线是根据《无痛苦NS方程笔记》中提到的公式画出对比。
   

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(1)tutorial算例默认设置结果：从0秒开始统计

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(2)从1000秒开始统计。1000s的结果其实是1000s这个时刻的瞬时结果，但对整个底面平均后，与后面时刻的结果基本一致。


4. tutorial算例默认设置，method2计算结果都是在粘性子层结果较好，log区结果不吻合。尝试$U_{\tau }$按照method1取值，即$U_{\tau }=0.0079$，结果如下。说明了目前算例结果，改变$U_{\tau }$，只能满足粘性子层或者log区之一，是无法同时满足这两个区。想要同时满足，可能需要尝试加密网格之类方式

[coolhhh]

@学流体的小明 @李东岳 不好意思，刚再仔细看了下，我的getdata数据好像有点问题，我再核实一下

[coolhhh]

@学流体的小明 @李东岳
很抱歉撒上面的getdata数据不小心搞错了，更正如下

1. 先说结论，EugeneDeVilliers博士论文图5.5中6万网格的结果，是按照method1计算的。
   按照method1，$U_{\tau }=0.0079$，结果如下图所示。EugeneDeVilliers结果也是在粘性子层偏差较大，和method1计算结果基本一致
   

2. tutorial算例默认设置结果：从0秒开始统计，结果更正如下：
   

3. tutorial算例从1000秒开始统计，结果更正如下
   

[学流体的小明]

槽道湍流是无法一直流动下去的，它里面总会有耗散，所以需要施加驱动。
施加驱动的两种方式本质上都是给一个压力梯度，稳定之后，压力梯度就平衡了壁面摩擦力。
其实是这么来的：

也不是不能大、不能小，设置得大了，槽道流速增加，会达到新的平衡的。

不能大、不能小。

[学流体的小明]

做的真好，谢谢你的探索和分享
所以EugeneDeVilliers结果也不是那么好，只是他没给出参考线😂

[李东岳]

嗯，经过你们2个的验证，应该就是自带tutorials的问题了。

另外压力梯度那个，我最近在方程里面加了科氏力，也是一个规规矩矩的槽道，只不过尺度非常大（大气层）。目前算出来的结果就是速度持续的在旋转稳定不下来，与类似压力梯度的效果类似，我深入研究下咋回事，看看你那个图能不能解释一下

[李东岳]

http://dyfluid.com/boundaryFoam.html 我顺着这个里面的方程2，在y方向做积分，继续推了一下：

$$\int (-\frac{\mathrm{\partial }{\tau }_{xy}}{\mathrm{\partial }y})\mathrm{d}y=-\int \left(\frac{\mathrm{\partial }p}{\mathrm{\partial }x}\right)\mathrm{d}y$$

$${\tau }_{xy}^h-{\tau }_w=-{\tau }_w=\frac{\mathrm{\partial }p}{\mathrm{\partial }x}h$$

所以充分发展的管道，如果壁面剪切力知道的话，应该这样给一个压力梯度。

也不是不能大、不能小，设置得大了，槽道流速增加，会达到新的平衡的。

对，应该是。 还得持续学习啊！

[李东岳]

我最近在方程里面加了科氏力，也是一个规规矩矩的槽道，只不过尺度非常大（大气层）。目前算出来的结果就是速度持续的在旋转稳定不下来

我发现添加压力梯度跟平均速度，在我这里还不太一样。添加速度的话，如果是x方向速度，因为科室力会产生旋转，x方向速度一直不变，但是y会增加，导致速度增加。压力梯度却没有。因为跟本帖关系也不大，我先研究一下，然后新开一个帖子讨论。

[李东岳]

@李东岳 https://www.cfd-china.com/topic/6259/添加动量方程源项导致速度持续增加

[luofq-sysu]

@学流体的小明 感谢此贴，感谢几位的研究，解答了我的很多疑问。
并请教：槽道流LES计算的入口inflow速度场影响大吗？
因为我近期也开展了多个雷诺数Re180~5200的槽道流计算，但计算得到的壁面摩擦速度偏小（大约只有目标值的一半）。
对比了一下你的channel1000案例文件，发现一个主要的差别是初始场0/U，看起来你是采用了一种生成脉动速度的入口条件吗？

[学流体的小明]

@luofq-sysu

并请教：槽道流LES计算的入口inflow速度场影响大吗？

我的计算域没有入口出口之分，沿流动方向的两个边界都是周期性的边界条件，展向也是周期性的边界条件。所以无法回答你的问题。

看起来你是采用了一种生成脉动速度的入口条件吗？

是的，用的就是EugeneDeVilliers在他博士论文中提到的初始化槽道流流场的方法。

[luofq-sysu]

谢谢。@学流体的小明

我的计算域没有入口出口之分，沿流动方向的两个边界都是周期性的边界条件，展向也是周期性的边界条件。所以无法回答你的问题。

我的算例也是周期边界的槽道流，其实应该是internalField初始场的影响。
前面我采用的是uniform的初始速度场，计算湍流雷诺数远达不到目标值。最近按你算例的codeStream代码加入了初始脉动速度，计算雷诺数比较接近目标值了。
以Re_tau=1000为例，我现在计算得到的雷诺数数值是910

是的，用的就是EugeneDeVilliers在他博士论文中提到的初始化槽道流流场的方法。

EugeneDeVilliers大佬的论文提到了这种湍流需要加入初始扰动才能发展，这个初始化方法也有一个 perturbU的开源代码。不过codeStream的实现更方便

[李东岳]

最近按你算例的codeStream代码加入了初始脉动速度

这个codeStream写的扰动，可以保证$\mathrm{\nabla }\cdot \mathbf{U}=0$么

[luofq-sysu]

这个codeStream写的扰动，可以保证$\mathrm{\nabla }\cdot \mathbf{U}=0$么

我只看到codeStream跟perturbU的代码是一致的，具体的公式在EugeneDeVilliers博士论文5.1.2章也能找到

[2019201300]

@学流体的小明 这个链接显示分享过期了，请问可以重新分享一下吗？

[学流体的小明]

@2019201300
链接：https://pan.baidu.com/s/1vtoG3kSADjPy9HRJdCnERQ?pwd=9xnb
提取码：9xnb

[2019201300]

@学流体的小明 好的谢谢。

[coolhhh]

@学流体的小明 大佬好，想问下当时你用方法三计算的时候，OpenFOAM中输出的wallShearStress，有三个分量。${\tau }_w$计算是如何计算的，是取了${\tau }_x$，还是$\sqrt{{\tau }_x^2+{\tau }_y^2}$，还是$\sqrt{{\tau }_x^2+{\tau }_y^2+{\tau }_z^2}$？

方法三：
通过paraview的filter - integrate variables - 查看 cellData，得到wallShearStress的和以及面积Area，计算固壁面上的wallShearStress平均值，再使用

$$u_{\tau }=\sqrt{\frac{{\tau }_w}{\rho }}$$

计算摩擦速度$u_{\tau }$。注意不可压缩求解器中没有密度，则认为$\rho =1$。
结果是$u_{\tau }=0.0066952$。

[李东岳]

@coolhhh 这个是${\tau }_x$，只是管道壁面法向的剪切应力

[coolhhh]

@李东岳 李老师，后来我也按照这个公式计算，但$u_{\tau }$好像很难算得与理论值 $u_{\tau }=0.0079$ 一样大。

$$u_{\tau }=\sqrt{\frac{{\tau }_w}{\rho }}=\sqrt{\frac{{\tau }_x}{\rho }}$$